[發(fā)明專利]一種多孔SiC陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210927440.6
• 申請(qǐng)日: 2022-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN115196990A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張銳;關(guān)莉;王研科;陳家輝;張圓圓;王海龍;閔志宇;董賓賓;李明亮;高前程;張新月;范冰冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院
• 主分類號(hào): C04B38/06
• 分類號(hào): C04B38/06;C04B35/565;C04B35/571;C04B35/622
• 代理公司: 麗水創(chuàng)智果專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33278
• 代理人: 胡崧

本發(fā)明屬于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種多孔SiC陶瓷材料及其制備方法；所述制備方法為：將SiC顆粒與液態(tài)聚碳硅烷混合均勻后，壓制成坯體；將坯體于1000～1300℃的溫度下進(jìn)行微波燒結(jié)處理，得到所述多孔SiC陶瓷材料。本發(fā)明通過在SiC顆粒中加入液態(tài)聚碳硅烷作為前驅(qū)體，并對(duì)其進(jìn)行微波燒結(jié)處理，依靠微波獨(dú)有的熱效應(yīng)，即微波耦合熱效應(yīng)和等離子體熱效應(yīng)，結(jié)合前驅(qū)體熱解產(chǎn)生的氣體在微波場(chǎng)的作用下被激發(fā)為等離子體，產(chǎn)生局部的瞬間高溫把周邊的SiC顆粒熔融固結(jié)到一起，同時(shí)前驅(qū)體熱解產(chǎn)生的碳化硅也可以作為連接相存在于碳化硅顆粒之間，使合成的多孔SiC陶瓷具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高溫結(jié)構(gòu)陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多孔SiC陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)

多孔碳化硅(SiC)陶瓷除了具備碳化硅陶瓷高硬度、高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱、熱膨脹系數(shù)小、以及化學(xué)穩(wěn)定性好、抗熱震性能和抗氧化性能優(yōu)良等特點(diǎn)，其獨(dú)特的微觀多孔結(jié)構(gòu)使其在冶金、化工、環(huán)保和能源等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景，極大地拓展了碳化硅陶瓷的應(yīng)用范圍。

多孔SiC陶瓷的特殊性能主要得益于其特殊的多孔結(jié)構(gòu)，若要獲得所需的多孔結(jié)構(gòu)，需要通過制備方法來調(diào)控其孔隙率、孔徑大小及分布、孔的形狀實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用燒結(jié)的方式制備多孔SiC陶瓷，然而，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)SiC為強(qiáng)共價(jià)鍵化合物，其高溫?cái)U(kuò)散系數(shù)非常低，在較低溫度下燒結(jié)時(shí)靠擴(kuò)散傳質(zhì)難以有燒結(jié)頸的形成，這導(dǎo)致其力學(xué)性能不如人意。并且作為在高溫條件下應(yīng)用的多孔陶瓷，一方面需要有效控制材料的內(nèi)部缺陷，使晶界上不含或少含玻璃相，因此限制了制備過程中粘結(jié)劑、燒結(jié)助劑等的加入量；另一方面又要求多孔SiC陶瓷具有良好的高溫力學(xué)性能以及均勻的孔徑分部。

現(xiàn)有技術(shù)中，常用的多孔陶瓷制備方法有:造孔劑法、發(fā)泡法、擠壓成型法、顆粒堆積法、冷凍干燥法、模板法和溶膠凝膠法等。然而，上述這些制備方法制備的多孔SiC陶瓷，通常會(huì)加入可以加速燒結(jié)，降低燒結(jié)溫度的低熔點(diǎn)燒結(jié)助劑，這限制了多孔SiC陶瓷的高溫條件服役的應(yīng)用，另外，無燒結(jié)助劑添加制備的多孔SiC陶瓷通常需要極高的燒結(jié)溫度，這違背了國(guó)家節(jié)能環(huán)保的政策方針。

為此，本發(fā)明提出一種多孔SiC陶瓷材料及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種多孔SiC陶瓷材料及其制備方法。

本發(fā)明的一種多孔SiC陶瓷材料及其制備方法是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種多孔SiC陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

將SiC顆粒與液態(tài)聚碳硅烷混合均勻后，壓制成坯體；將坯體于1000～1300℃的溫度下進(jìn)行微波燒結(jié)處理，得到所述多孔SiC陶瓷材料。

進(jìn)一步地，所述SiC顆粒的粒徑為0.5～10μm。

進(jìn)一步地，所述液態(tài)聚碳硅烷和SiC顆粒的質(zhì)量比為1～20:80～99。

進(jìn)一步地，所述微波燒結(jié)處理的頻率為300MHz～300GHz。

進(jìn)一步地，所述微波燒結(jié)處理的微波波長(zhǎng)為1mm～1m。

進(jìn)一步地，所述微波燒結(jié)處理的時(shí)間為10～100min。

進(jìn)一步地，所述壓制的壓力為5～80MPa。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種上述制備方法制備的多孔SiC陶瓷材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

本發(fā)明在不添加燒結(jié)助劑條件下，采用微波燒結(jié)技術(shù)，通過對(duì)SiC顆粒粒徑、液態(tài)聚碳硅烷的加入比例、預(yù)成型壓力以及燒結(jié)溫度的調(diào)控從而實(shí)現(xiàn)對(duì)SiC陶瓷的孔隙率、孔徑分部以及力學(xué)性能的控制，在較低溫度下進(jìn)一步優(yōu)化多孔SiC陶瓷的制備方法，拓寬SiC陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用。